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INVISIBILIDADE DA GARRAFA:
UM EQUIPAMENTO DEMONSTRATIVO DE ÓPTICA
GEOMÉTRICA PARA AMBIENTES DE EDUCAÇÃO
INFORMAL
BOTTLE INVISIBILITY: GEOMETRIC OPTICS DEMONSTRATION
EQUIPMENT FOR INFORMAL EDUCATION ENVIRONMENTS
Osmar Henrique Moura da Silva1 [[email protected]]
Sergio de Mello Arruda1,2 [[email protected]]
Universidade Estadual de Londrina, Museu de Ciência e Tecnologia. Rodovia Celso Garcia
Cid, Pr 445 Km 380, Campus Universitário, Cx Postal 10.011, CEP 86057-970, Londrina-PR.
1
2
Com apoio do CNPq
RESUMO
Museus de Ciência e Tecnologia (MCTs) e similares comumente buscam ampliar seus
acervos de experimentos com os quais os próprios visitantes interagem livremente no
que se almeja ser uma maneira diferente e divertida de envolver o conhecimento
científico. Este trabalho apresenta a elaboração de um equipamento automatizado à
energia elétrica padrão (127 V) que possibilita ao experimentador visitante realizar,
por simples manuseio de chave comutadora, a demonstração do desaparecimento de
uma garrafa ao inseri-la em um líquido, fazendo-a aparecer novamente quando
emersa. Contribui-se com essa alternativa montagem que vem a ser tipicamente
proveitosa a esses ambientes de educação informal.
PALAVRAS-CHAVE: óptica geométrica, montagem de experimento, invisibilidade da
garrafa, museus de ciência e tecnologia.
ABSTRACT
Science and Technology Museums and others alike are usually interested in engaging
demonstrations with which visitors can freely interact in a fun and different way in
order to acquire scientific knowledge. This work presents the development of a 127v
electric automated machine which enables visitors to demonstrate, by simply handling
a switch key, the disappearance of a bottle when it is immersed in a liquid and to make
it reappear when immerged. The equipment and demonstration contribute to the
development of alternative scientific environments which are extremely useful as far
as informal education is concerned.
KEYWORDS: geometrical optics, assembly experiment, bottle invisibility, Science and
Technology museums.
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INVISIBILIDADE DA GARRAFA...
INDRODUÇÃO
Museus de Ciência e Tecnologia (e similares) têm-se expandido no Brasil
(DENTILLO, 2013). Embora a Associação Brasileira de Centros e Museus de Ciência
(ABCMC) esteja preparando um registro atual de quantos deles existem no país, para
além do levantamento inicial de 2005 a 2009 que indicou um crescimento próximo de
73%, estimando cerca de 190 desses ambientes, a quantidade é avaliada insuficiente
ao atendimento de mais de cinco mil municípios (idid.). Aliás, essa totalidade aferida
constitui uma amostra heterogênea, pois se encontram sobressaídos os museus mais
populares (“de grande porte”) somados com os demais que, comparativamente, se
mostram ainda em etapa inicial de elaboração e ampliação de suas atividades
interativas (SILVA, 2015, p. 911). Muitas dessas atividades concebem a interação do
público visitante com uma multiplicidade de aparatos que ocorrem, majoritariamente,
“ou por manuseio de manivelas ou por aberto de botões” (ISZLAJI, 2012: 90),
almejando-se uma perspectiva de entretenimento (CHELINI e LOPES, 2008: 228 e 235;
VALENÇA, 2006: 333). Para Pavão e Leitão (2007: 41), além do entretenimento e
informação, os experimentos interativos “representam um progresso ao oferecerem
certo envolvimento lúdico do público”, entendimento este exemplificado por Bonatto
et al. (2007: 49). Nesse contexto, diversos equipamentos automatizados são
desenvolvidos como sendo “um seguro ‘brinquedo’ com o propósito de gerar uma
impressão divertida de abarcar o conhecimento científico, constituídos por comandos
que conduzem o que fazer e observar, além de textos explicativos apropriados ao
público alvo” (SILVA et al., 2013: 429; SILVA et al., 2012: 1189). Assim preparados,
tem-se avaliado que eles superam o papel daqueles experimentos simples e de custo
reduzido que são indicados para escolas sem laboratórios (CHINELLI et al., 2008: 45054509) e, quando conglomerados em atividades museais, em complemento à educação
científica formal (VALENTE et al., 2005: 198), é perceptível um maior envolvimento
dos visitantes em saber mais sobre algum tema exposto após participação nas
atividades (PEREIRA et al., 2008: 100).
Todavia, grande parte dos MCTs acaba adquirindo suas demonstrações de
fabricantes específicos que as comercializam a custo considerável ou de outros MCTs
que possuem uma equipe técnica capacitada em fabricá-las. Situação, esta última,
presenciada por um dos autores do presente trabalho ao participar e interagir com
integrantes de um evento nacional intitulado “Design e construção de equipamentos
interativos”, realizado anos atrás num dos maiores MCTs do país. Diante disso, o
presente trabalho apresenta a elaboração de um equipamento automatizado à energia
elétrica padrão (127V) que possibilita o experimentador visitante realizar, por simples
manuseio de chave comutadora, a demonstração do desaparecimento de uma garrafa
ao inseri-la num líquido, fazendo-a aparecer novamente quando emergida. Contribuise com essa alternativa montagem que vem a ser tipicamente proveitosa a esses
ambientes de educação informal, na medida em que as comunidades de profissionais
atuantes em pequenos e médios museus e centros de ciência, estando em fase inicial
de elaboração ou não, seguem a meta de continuamente aprimorarem e ampliarem
seus acervos de equipamentos interativos numa perspectiva de entretenimento e
simulações.
Revista Ciências&Ideias, ISSN: 2176-1477
VOLUME 7, N.2 - MAIO/AGOSTO 2016; P: 195-205
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Materiais utilizados e construção do equipamento
Para o seguimento da proposta de montagem da demonstração no contexto do
ensino informal tratado, discutir-se-á um mecanismo automatizado de controle da
suspensão e submersão da garrafa, uma estrutura de acabamento feita de acrílico, e
um comando de acionamento com texto explicativo do fenômeno que deve ser
anexado no equipamento quando finalizado.
Para isso, a lista dos principais materiais empregados contém: micro swith (2
unidades); motor elétrico pequeno de 12 V com engrenagens diminuidoras de
velocidade de rotação (1 unidade). Este motor é facilmente encontrado em aparelhos
domésticos (Ex.: radio gravador, vídeo cassete etc) Nesta montagem foi utilizado um
motorzinho, já com as engrenagens prontas (foto na figura 1), retirado de um projetor
de slides queimado; pequena garrafa cilíndrica de vidro com superfície lisa,
transparente e incolor (equivalente às de pimenta que se encontra no mercado); chave
comutadora de 6 terminais ON/ON (1 unidade); fiação com pino macho para ligação
em tomada padrão; fonte para celular com tensão de cerca de 9 V e amperagem
superior a 500 mA (1 unidade). Obs.: O motor aqui usado é originalmente alimentado
com 12 V (DC) e uma fonte com tensão menor que 7,5 V talvez não seja capaz de
fazê-lo girar as engrenagens e movimentar a garrafa. Pode-se também obter uma fonte
equivalente através da retificação comumente conhecida que se faz de um
transformador, no caso de 127 V para 12V, com pontes de diodo e capacitor; rodana
de plástico ou PVC com Diâmetro de 2 cm e espessura de 5mm (1 unidade). Alguns
tipos de grampos para varais encontrados no comércio têm uma roldana semelhante
que pode ser adaptada, embora ela seja facilmente confeccionada em um torno;
chapas de acrílico de 10 mm e 5 mm; cantoneira de ferro (mais à frente especificada);
glicerina; copo de vidro cilíndrico liso, transparente e incolor de 250 ml (1 unidade).
A figura 1A apresenta um esquema elétrico para efetuar as ligações entre os
componentes ali mostrados, em que a chave comutadora desenhada é vista por trás,
onde se identificam seus 6 terminais.
É interessante notar que as ligações entre a fonte de 9 V, o motor e essa chave
comutadora permitem que, em determinada posição, a chave estabelece um sentido
da corrente elétrica no circuito e, noutra posição, ela inverte esse sentido; o que implica
em inversões dos sentidos de rotação do motor. Já cada micro swith é interligado no
circuito por seus terminais laterais de modo que um ligeiro deslocamento de sua haste
interrompe a corrente elétrica (figura 1C). Dois desses componentes atuam para cessar
o funcionamento do motor, ora num sentido de rotação ora noutro. A foto no canto
superior esquerdo da figura 1A ilustra as engrenagens redutoras de velocidade, típicas
do motor especificado, e indica onde se pode acoplar uma pequena roldana.
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Figura 1. Esquema elétrico e disposição das peças do mecanismo.
No lado direito da figura 1A há uma representação das disposições das peças do
mecanismo que se aprontou na foto da figura 1C. A roldana apresenta um curto
barbante com extremidade colada em sua canaleta e com outra extremidade presa
num gancho do arame de ferro vertical (de 3 mm de diâmetro), cuja extremidade
inferior é fixa na tampa da garrafa. Em determinada posição deste arame (semelhante
ao esquema na figura 1), solda-se um disco pequeno de ferro (figura 1C), que serve
para tocar nas hastes de cada micro swith, deslocando-as. O ajuste da distância vertical
de cada haste em relação ao disco (conforme a figura 1) depende do quanto se avalia
necessário levantar ou abaixar a garrafa até o fim do copo pela quantidade de glicerina
que nele há. Quantidade esta previamente avaliada à demonstração do fenômeno sem
o mecanismo (SILVA e LABURÚ, 2004). Cabe dizer que, além da glicerina no copo, a
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garrafa também é completamente cheia desse líquido (A figura 2B permite uma
comparação da garrafa quando imersa e quando submersa). Para manter um melhor
direcionamento vertical do sistema, duas arruelas são úteis como guia ao arame. Essas
arruelas são soldadas em outros arames, dispostos numa horizontal e fixados
internamente na parede da caixa de acrílico a ser mais à frente mencionada.
Externamente, sugere-se deixar a chave comutadora para manipulação (lado direito
da figura 2A), tendo-a posicionado na convenção: ‘chave para cima’, retira-se a garrafa
do líquuido e, ‘chave para baixo’, afunda-se a garrafa no líquido.
Figura 2. A) Equipamento finalizado para livre experimentação numa área de
exposição pública do MCT; B) Garrafa imersa e garrafa suspensa.
Assim aprontado, quando a chave for movida para cima, haverá o movimento de
rotação do motor que fará a roldana enrolar o barbante em sua canaleta, suspendendo
a garrafa até o disco mover a haste do micro swith superior para interromper a corrente
elétrica e cessar a suspensão. Nesta situação estática, a garrafa encontra-se suspensa
e aparente (lado direito da figura 2B). Ao mudar a posição da chave para baixo, acionase o motor com sentido de rotação contrário, abaixando a garrafa até o fim do copo.
Posição esta que coincide com o toque do disco na haste do micro swith inferior que
então cessa o movimento do motor. A garrafa permanece ali estacionada e com sua
parte mergulhada “invisível” (lado esquerdo da figura 2B) até que se mude novamente
a chave comutadora para cima.
Sugere-se adaptar esta montagem em uma caixa de acrílico de (20x20x50) cm, com
chapa de espessura entre 0,5 a 1 cm, de modo a ficar o mecanismo escondido, mas
com a garrafa e o copo aparentes. Isso pode ser feito realizando uma pintura na
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superfície da caixa que impeça a observação interna desse mecanismo, ficando as
regiões não pintadas aquelas em que se veem a garrafa e o copo. Externamente à
superfície da caixa, expõe-se a chave comutadora para manipulação. Particularmente,
nesta montagem, preferiu-se posicionar essa chave na lateral superior da caixa (figura
2A). Para que o equipamento fique imóvel para experimentação, a caixa pode ser fixa
numa cantoneira de ferro que, por sua vez, é fixa em determinado local na parede. A
figura 2A ilustra esses detalhes.
Também é possível notar na figura 2A um texto, contendo uma orientação de
funcionamento e uma explicação do fenômeno, que se preparou e que se adequou
bem na parte frontal pintada da caixa, exemplificando uma maneira de expor uma
breve leitura para reflexão. Nele, pela automação realizada, é importante destacar
frases do tipo: “POSICIONE A CHAVE AO LADO PARA CIMA, SUSPENDENDO A
GARRAFA, OU PARA BAIXO, MERGULHANDO-A NO LÍQUIDO DO COPO”; “OBSERVE
QUE A PARTE DA GARRAFA INSERIDA NO LÍQUIDO DESAPARECE. POR QUE ISSO
OCORRE?”. Obviamente que nesta altura já se pensou numa identificação para o
equipamento (Ex.: “A INVISIBILIDADE DA GARRAFA”).
Orientações como essas auxiliam o início de uma interação com a demonstração e,
na possibilidade de decorrentes momentos de espontâneas curiosidades sobre o
fenômeno, torna-se aproveitado o texto exposto por direcionar ainda melhor o que
observar com resumida explicação do fenômeno em linguagem acessível ao público
visitante, majoritariamente formado por estudantes do ensino básico e leigos em geral
(SILVA e LABURÚ, 2014). Conforme Gaspar (1993: 148): “Os visitantes, na sua
maioria, leem os textos apresentados pelo menos até que tenham uma ideia do
objetivo ou proposta da demonstração”. Nesse contexto, cabe dizer ressaltar ainda que
“mesmo que qualquer elaboração de uma leitura nesse sentido continue alvo de
melhorias, é significativo dizer que a essência dessa orientação explicativa, que se
recomenda atrelar nos equipamentos, mantém-se conservada” (SILVA, 2015: 910).
Isto porque, prevalecendo uma perspectiva de interação lúdica com o equipamento,
espera-se auxiliar que o fenômeno seja posteriormente bem lembrado na memória de
um estudante em situações de sala de aula “ nas quais um tema discutido tenha sido
por ele relacionado, possibilitando que o professor, então, usufrua dessas lembranças
em benefício do aprendizado dos conceitos científicos relacionados no decorrer das
discussões” (SILVA et al., 2013: 436).
Todavia, de acordo com Silva et al. (2014: 88), detalhes nesse sentido podem ser
avaliados e aprimorados por uma equipe pedagógica local. Àqueles interessados em
elaborar uma leitura deste tipo, mantendo o espírito da proposta, apresenta-se na
sequência uma explicação qualitativa do princípio físico envolvido na demonstração
que pode ser proveitosa e que deve ser entendido como um modelo ao que pode ser
atrelado no equipamento por meio de um adesivo. Tais comentários, inseridos na figura
3, foram elaborados a partir das explicações fornecidas por Silva e Laburú (2004), que
inclusive contradizem explicações equivocadas acerca do assunto e corriqueiramente
realizadas nesta situação. Em termos qualitativos, as explicações erradas assumem
uma semelhança nos valores de índices de refração da glicerina e do vidro da garrafa
que, por assim ser, não permitiria uma percepção visual da superfície de separação de
ambas, caracterizando a invisibilidade da garrafa quando submersa na glicerina do
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copo (EXPERIMENTO N. 1443 – MCT/PUCRS (2016); CIÊNCIA TUBE (2016); FISIKA
NA REDE (2016); A FÍSICA E O COTIDIANO (2016); METAMORFOSE DIGITAL (2016)).
Figura 3. Modelo explicativo a ser atrelado no equipamento
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
A proposta de montagem aqui divulgada se diferencia de outros equipamentos
existentes, que proporcionam apenas a simples observação do fenômeno, como assim
se vê divulgada a demonstração num dos maiores MCTs do país (EXPERIMENTO N.
1443 – MCT/PUCRS, 2016). Além disso, o equipamento tem a aparência de um
“brinquedo” educacional, é facilmente manipulável e permite que qualquer
experimentador o opere (SILVA e MATHIAS, 2015: 2) via a automação empregada,
realizando demonstrações com segurança. Com tais características, o equipamento
destaca-se pelo nível de interatividade, em comparação com uma exposição estática
equivalente.
A interatividade pode ser apresentada em níveis cada vez mais complexos e que se
inicia com uma ajuda em explorações mais intensas pelos sentidos de forma direta
(MORAES et al., 2007: 59). Conforme estes autores (ibid.), um nível simples e direto
em que isto pode ser feito é estimulando o visitante a interagir com os experimentos
por meio dos sentidos (“tocar, observar, manusear, ler, registrar são modos de
interação que podem ser incentivados, tendo como um de seus resultados fazer o
visitante ficar mais tempo junto ao experimento”). Logo, na direção de uma maior
atenção do visitante ao que se deseja mostrar num experimento focado, é admissível
buscar não restringi-lo apenas à percepção visual. Cabe, nesse sentido, a notação de
Andrade e Massabni (2011: 846) de que educadores em geral reconhecem, para um
melhor aprendizado, a importância de numa atividade demonstrativa o “ aluno por a
mão”, “conduzir o experimento”, “ou manipular algo”.
No entanto, as pesquisas sobre design de experimentos demonstrativos em museus
têm mostrado que a interatividade física não garante necessariamente uma
aprendizagem eficaz. Embora ela, frequentemente, aumente o envolvimento e a
compreensão dos visitantes, as pesquisas sobre a interatividade revelam que nem
sempre ela é essencial para manter a eficácia de uma experiência, pois recursos
interativos em demasia podem até dificultar a aprendizagem dos visitantes (ALLEN,
2007: 54).
De um modo geral, os museus de ciência e tecnologia, como ambientes planejados
de aprendizagem informal (NRC, 2009: 48) – cuja característica central é permitir a
aprendizagem por livre escolha (DIERKING, 2005: 147) – enfrentam um dilema: como
podem se manter como ambientes respeitáveis de aprendizado científico e
simultaneamente estimularem que o visitante escolha livremente os ehxibits que
querem observar e interagir (ALLEN, 2007: 44)? (Exhibits são peças, artefatos,
equipamentos, experimentos, etc., que ficam em exibição em museus e centros de
ciência, com os quais os visitantes eventualmente podem interagir).
Pesquisas realizadas nesse campo têm mostrado que é possível criar um ambiente
de aprendizagem informal onde os visitantes estão, simultaneamente, “ em um
constante estado de livre escolha e em processo de aprendizagem de, pelo menos
algum aspecto da ciência”, mas essa tarefa, pelo grau de dificuldade, requer um
programa de pesquisa que focalize os detalhes do ambiente onde a aprendizagem
ocorre (ALLEN, 2007: 44).
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O equipamento da figura 2A está fixado em uma das paredes do MCT da instituição
de ensino superior em que os autores se encontram, atendendo a comunidade externa
já há mais de um ano e compõe com os demais equipamentos construídos o acervo
de exhibits desse ambiente de aprendizagem informal. A implantação de um ambiente
de exposições permanentes nesse MCT segue um plano constituído pelas seguintes
etapas: (i) construção dos equipamentos e instalação provisória dos mesmos; (ii) teste
do potencial de mobilização dos visitantes para a aprendizagem para cada
equipamento; (iii) planejamento e implantação do ambiente definitivo onde os
equipamentos serão instalados. Nesse sentido, um estudo mais aprofundado sobre os
detalhes da aprendizagem em cada exhibit será deixado para o futuro.
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